CN105943163A - 微创手术机器人及其控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微创手术机器人及其控制装置，其中控制装置包括：连接设置的操作台控制装置和机器人控制装置；操作台控制装置上设置有监测装置及显示器；机器人控制装置上设置有编码器。操作台控制装置及机器人控制装置分别对操作台及机器人手臂的状态进行控制，两者连接设置能够实现信息建立及反馈，使工作人员能够在操作台端对机器人手臂进行操作并实施手术。监测装置、显示器及编码器的设置，能够对手术过程中操作台及机器人手臂的作业参数进行监控，并将监控信息呈现给工作人员，从而提高了机器人手臂运作的精准度，进而确保了手术的安全进行。

Description

微创手术机器人及其控制装置

技术领域

本发明涉及微创机器人技术领域，更具体地说，涉及一种控制装置。此外，本发明还涉及一种具有上述控制装置的微创手术机器人。

背景技术

随着医疗科技的不断进步和工业自动化的发展，越来越多的机器人应用到了医疗行业中，目前比较常见的是手术机器人。现有的手术机器人主要用于实施微创手术，医生通过特制的操作手柄，或辅助语音控制，操作机械手臂进行多个自由度内的动作，完成与人手相同的动作，手术中通过内窥镜观看体内的情况。手术机器人与微创手术相比，能够实现精确移动和定位，特殊的手术器械也能够到达普通器械不能达到的部位，机器人手术也能够解决人工操作带来的抖动、身体疲劳等问题。然而，在使用过程中，由于涉及到手术过程中患者的安全问题，医疗机器人对安全性的要求较高，而目前的手术机器人则缺少必要的安全管理组件，导致现有手术中精准度稍差，影响手术的进展，并存在一定的安全隐患。

综上所述，如何提供一种微创手术机器人的控制装置，以提高手术过程中的精准性及安全性，确保手术的安全进行，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制装置，以提高手术过程中的精准性及安全性，确保手术的安全进行。本发明的另一目的是提供一种具有上述控制装置的微创手术机器人。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微创手术机器人的控制装置，包括：与操作台连接的操作台控制装置和控制机器人手臂运作的机器人控制装置，且所述操作台控制装置与所述机器人控制装置连接；所述操作台控制装置上设置有用于监测工作人员是否到位的监测装置及用于显示所述操作台及机器人的状态信息的显示器；所述机器人控制装置上设置有用于记录电机转动圈数的编码器。

优选的，所述监测装置包括3D体感摄影机和脚踏开关，所述3D体感摄影机监测到工作人员到位时，并踩下所述脚踏开关后，所述机器人手臂开始运作；未到位时，所述机器人手臂制动。

优选的，所述操作台控制装置上设置有用于紧急制动的急停开关。

优选的，所述机器人控制装置和所述操作台控制装置上还分别设置有监测电压并保护电路的第一UPS电源和第二UPS电源。

优选的，所述机器人控制装置和所述操作台控制装置上还分别设置有监测控制装置各部位电路状态的第一电源功率监测器和第二电源功率监测器，电路的电压、电流数值在预设参数范围内时则正常工作，超过预设参数时，则立即制动或断电。

优选的，所述机器人控制装置和所述操作台控制装置上还分别设置有显示机器人手臂工作状态的第一状态指示灯和显示操作台工作状态的第二状态指示灯。

优选的，所述机器人控制装置上还设置了用于获取电机状态信息的电机驱动装置及反应机器人状态的电机制动装置，当监测到危险信号时，所述电机制动装置自动制动。

优选的，所述机器人控制装置上还包括有电机通讯装置，以实时监测所述电机与所述电机驱动装置、所述电机驱动装置与所述机器人手臂之间的反馈状态。

优选的，所述操作台控制装置上设置有用于记录所述机器人手臂参数信息和/或所述操作台参数信息的数据记录模块。

本发明提供的控制装置，具体包括操作台控制装置及机器人控制装置，以分别对操作台及机器人手臂的状态进行控制，且操作台控制装置与机器人控制装置连接，从而实现两者之间的信息连接及反馈，使工作人员能够在操作台端对机器人手臂进行操作以实施手术。手术过程中，监测装置能够实时监测工作人员是否到位，从而判断是否进行制动，有效的避免了部分误操作下机器人手臂的运作；显示器能够将操作台及机器人的所有状态信息显示直接呈现给工作人员，使工作人员能够快速准确的发现系统存在的问题，进而快速解决问题，保证手术的安全；此外，机器人控制装置上的编码器能够记录电机的转动圈数，从而记录机械手臂的运动轨迹，通过编码器反馈的信息系统可以自动判断运动路径是否存在问题，并判断多个机器人手臂运动时是否发生干涉，根据其反馈信息能够确保各机器人手臂更加精准的安全工作，进而提高了手术的安全性。

基于上述提供的控制装置，本发明还提供一种微创手术机器人，包括操作台、机器人手臂，及分别与所述操作台及所述机器人手臂连接的控制装置；且所述控制装置为上述任一项所述的控制装置。

由于该微创手术机器人具有上述控制装置，因此该微创手术机器人直接或间接的具有上述控制装置所具有的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的微创手术机器人的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，本发明实施例提供的微创手术机器人的控制装置，包括：与操作台连接的操作台控制装置和控制机器人手臂运作的机器人控制装置，且操作台控制装置与机器人控制装置连接。使用时，机器人手臂由操作台控制，操作台的指令由操作台控制装置下达，通过RTC即时通讯到达从端机器人控制装置，机器人控制装置接收指令后将传达给机器人手臂进行相应的动作。机器人手臂的状态汇总到机器人控制装置，由机器人控制装置通过RTC通讯到达操作台控制装置，同时操作台控制装置的状态信息与机器人手臂的状态信息汇总处理到达操作台，并反馈给工作人员。

操作台控制装置上设置有用于监测工作人员是否到位的监测装置及用于显示操作台及机器人的状态信息的显示器。监测装置在监测到非正常状态时，则会根据监测结果进行制动或断电操作，以确保手术的安全进行。作为优选的，上述监测装置包括3D体感摄影机(Kinect)和脚踏开关，当3D体感摄影机监测到工作人员到位时，才能够进行机器人手臂的部分功能操作，此时工作人员踩下脚踏开关时，机器人手臂便能够开始运作；在工作人员未到位时，且未踩下脚踏开关，机器人手臂制动，以避免非正常因素所引起的操作界面运作而导致的机器人手臂移动。

机器人控制装置上设置有用于记录电机转动圈数的编码器，该编码器能够记录电机的旋转圈数，从而记录机械手臂的运动轨迹。通过编码器记录的信息可以自动判断机器人手臂的运动路径是否满足手术需求，当具有多个机器人手臂时，能够监测到各个机器人手臂的运动路径是否会发生干涉，从而重新规划新的运动路径，保证机器人手臂的运动的安全性。

优选的，机器人控制装置上还设置了用于获取电机状态信息的电机驱动装置及反应机器人状态的电机制动装置，当监测到危险信号时，电机制动装置自动制动。上述电机驱动装置能够与编码器配合使用，在编码器监测到机器人手臂的运动路径存在异常时，编码器能够将信息反馈至电机驱动装置，并使电机驱动装置驱动电机开始新的工作路径。

上述机器人控制装置上还包括有电机通讯装置，以实时监测电机与电机驱动装置、电机驱动装置与机器人手臂之间的反馈状态，并将监测信息反馈至工作人员，在出现故障的情况下，电机通讯装置能够根据监测信息进行制动灯操作，以保证手术机器人的正常运作，或者将故障信息反馈至工作人员，使工作人员能够快速处理故障。

此外，操作台控制装置用于记录机器人手臂参数信息和/或操作台参数信息的数据记录模块，以便于查找故障信息。具体的，该数据记录模块包括运行日志和控制手数据，比如在控制手数据中，工作人员操作手柄，通过操作台控制器传达到机器人手臂端，使机器人手臂动作，机器人手臂动作时的信息通过编码器、电机驱动装置反馈到操作台控制器，形成反馈机制，若操作数据与编码器或电机数据出现不一致，则系统自动调整，若调整不了，则出现故障，需要在控制手数据中查看数据并找寻故障地点。

作为优选的，操作台控制装置上设置有用于紧急制动的急停开关以在发生故障时对机器人进行紧急制动，进而减少故障所造成的损失。

本申请的一个实施例中，机器人控制装置和操作台控制装置上还分别设置有监测电压并保护电路的第一UPS电源(不间断电源)和第二UPS电源。用于监测电压的大小及电网的稳定情况，且在断电的情况下，启用上述UPS电源，保证手术的顺畅进行，并将监测所得的信息通过操作台控制器反馈给工作人员。

机器人控制装置和操作台控制装置上还分别设置有监测控制装置各部位电路状态的第一电源功率监测器和第二电源功率监测器，电路的电压、电流数值在预设参数范围内时则正常工作，超过预设参数时，则有故障存在，立即制动或断电。

机器人控制装置和操作台控制装置上还分别设置有显示机器人手臂工作状态的第一状态指示灯和显示操作台工作状态的第二状态指示灯。上述指示灯能够将机器人端和操作台的工作状态最直观的呈现给工作人员，工作人员根据指示灯的显示情况，通过检查错误代码，能够快速的查找出故障所在。具体的，上述指示灯可具体设置有正常、待命、警告、危险等指示情况，以便工作人员监测机器人的使用状态。

本发明实施例提供的控制装置，具体包括操作台控制装置及机器人控制装置，以分别对操作台及机器人手臂的状态进行控制，且操作台控制装置与机器人控制装置连接，从而实现两者之间的信息连接及反馈，使工作人员能够在操作台端对机器人手臂进行操作以实施手术。手术过程中，监测装置能够实时监测工作人员是否到位，从而判断是否进行制动，有效的避免了部分误操作下机器人手臂的运作；显示器能够将操作台及机器人的所有状态信息显示直接呈现给工作人员，使工作人员能够快速准确的发现系统存在的问题，进而快速解决问题，保证手术的安全；此外，机器人控制装置上的编码器能够记录电机的转动圈数，从而记录机械手臂的运动轨迹，通过编码器反馈的信息系统可以自动判断运动路径是否存在问题，并判断多个机器人手臂运动时是否发生干涉，根据其反馈信息能够确保各机器人手臂更加精准的安全工作，进而提高了手术的安全性。

基于上述实施例提供的控制装置，本发明实施例还提供一种微创手术机器人，包括操作台、机器人手臂，及分别与操作台及机器人手臂连接的控制装置；且控制装置为上述任一项的控制装置。对于上述微创手术机器人的其余部分的结构，请参见现有技术，本文不再赘述。

由于该微创手术机器人具有上述控制装置，因此在一定程度上，该微创手术机器人也具有较高的使用安全性。

本说明书中各个实施例之间采用递进的形式进行描述，每个实施例重点说明的均是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间的相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种微创手术机器人的控制装置，其特征在于，包括：与操作台连接的操作台控制装置和控制机器人手臂运作的机器人控制装置，且所述操作台控制装置与所述机器人控制装置连接；所述操作台控制装置上设置有用于监测工作人员是否到位的监测装置及用于显示所述操作台及机器人的状态信息的显示器；所述机器人控制装置上设置有用于记录电机转动圈数的编码器。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述监测装置包括3D体感摄影机和脚踏开关，所述3D体感摄影机监测到工作人员到位时，并踩下所述脚踏开关后，所述机器人手臂开始运作；未到位时，所述机器人手臂制动。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述操作台控制装置上设置有用于紧急制动的急停开关。

4.根据权利要求1至3任一项所述的控制装置，其特征在于，所述机器人控制装置和所述操作台控制装置上还分别设置有监测电压并保护电路的第一UPS电源和第二UPS电源。

5.根据权利要求1至3任一项所述的控制装置，其特征在于，所述机器人控制装置和所述操作台控制装置上还分别设置有监测控制装置各部位电路状态的第一电源功率监测器和第二电源功率监测器，电路的电压、电流数值在预设参数范围内时则正常工作，超过预设参数时，则立即制动或断电。

6.根据权利要求1至3任一项所述的控制装置，其特征在于，所述机器人控制装置和所述操作台控制装置上还分别设置有显示机器人手臂工作状态的第一状态指示灯和显示操作台工作状态的第二状态指示灯。

7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述机器人控制装置上还设置了用于获取电机状态信息的电机驱动装置及反应机器人状态的电机制动装置，当监测到危险信号时，所述电机制动装置自动制动。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述机器人控制装置上还包括有电机通讯装置，以实时监测所述电机与所述电机驱动装置、所述电机驱动装置与所述机器人手臂之间的反馈状态。

9.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述操作台控制装置上设置有用于记录所述机器人手臂参数信息和/或所述操作台参数信息的数据记录模块。

10.一种微创手术机器人，包括操作台、机器人手臂，及分别与所述操作台及所述机器人手臂连接的控制装置；其特征在于，所述控制装置为如权利要求1至9任一项所述的控制装置。